Bibliographie & annexes
Présentation
En anglais
RÉSUMÉ
L'objectif permanent de réduction de poids conduit naturellement à fabriquer un emballage thermoformé à partir d'une feuille extrudée en polymère allégé, dont la structure, constituée de bulles microscopiques incrustées dans la matrice de polymère, permet de conserver un niveau de propriétés mécaniques suffisant. Sont décrits dans l'article les principes classiques d'un processus d'expansion (nucléation, gonflement, stabilisation), ainsi que les deux technologies (voie chimique et voie physique) qui permettent d'obtenir une feuille en polymère allégé. Les points communs et les différences qui caractérisent ces deux technologies sont abordés, et les modifications à apporter sur une ligne d'extrusion monovis classique, pour qu'elle puisse supporter leur mise en oeuvre, sont listées.
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The continuous weight reduction trend in packaging leads to the use of a high density foamed sheet for the making of thermoformed items the achieved structure, which is based on imbedded microscopic bubbles within the core of the sheet, allows for maintaining sufficient mechanical properties of the end product. In this article, the classical principles of an expansion process (nucleation, cells growth and stabilisation) are reviewed, as well as the two technologies that lead to manufacturing a high density foamed sheet. Both technologies are examined through their commonalities and differences. We also depict the modifications to bring in an existing single screw sheet extrusion line to allow for their implementation.
Auteur(s)
-
Rudi SALMANG : Spécialiste principal de recherche et développement - Laboratoires DOW Benelux,Terneuzen, Pays-Bas
-
Francis PINSOLLE : Ingénieur ENSEM (Nancy) - Master of sciences (University of Philadelphia, USA) - Institut d'administration des entreprises IAE (Aix en Provence)
INTRODUCTION
La technologie d'expansion des polymères a donné naissance à toute une gamme de produits que l'on désigne sous le vocable de mousses de polymères.
Selon leur densité relative (rapport entre la masse volumique de la mousse et celle du polymère utilisé), on distingue :
-
les mousses « basse densité » BD dont la densité relative est inférieure à 0,20 ;
-
les mousses « haute densité » HD, dont la densité relative est supérieure à 0,70 ;
-
et, entre ces deux limites, les mousses « moyenne densité » (MD).
Les mousses BD et MD sont présentes sur le marché depuis plusieurs décennies. Mais ce sont les mousses BD qui sont largement les plus répandues : elles constituent un produit pas cher et facile de manipulation, ayant en prime la particularité d'être ultraléger et antichoc tout en conservant une bonne rigidité.
Les mousses HD sont plus récentes. On parle de polymères allégés, par opposition aux polymères expansés pour les mousses BD et MD.
C'est à partir du milieu des années 2000 que les polymères allégés connaissent un rapide développement. Pièces injectées pour l'automobile, emballages thermoformés, toutes ces applications industrielles sont en croissance, l'allégement étant source de gain de poids tout en permettant de conserver à ces pièces des qualités mécaniques suffisantes.
Cet article est consacré à la feuille expansée destinée au thermoformage pour l'industrie de l'emballage, application dont le polystyrène est le polymère de référence. C'est pourquoi les principes et mécanismes généraux sont abordés pour ce polymère, mais ces principes ne sont pas réservés au polystyrène et s'appliquent aussi à la plupart des autres matières plastiques qui sont utilisées dans l'industrie pour fabriquer des mousses.
Les produits allégés sont présentés en décrivant les similitudes et les différences avec les mousses. Cette analyse comparative est déclinée dans chaque paragraphe de cet article.
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KEYWORDS
state of art | foaming | single screw extrusion | tandem extrusion
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Présentation
Conclusion
En anglais
4. Procédés de mise en forme
4.1 Mousses BD
4.1.1.1 Processus d'extrusion en tandem
Il arrive, lorsque l'objectif de débit n'est pas primordial, que l'on produise une mousse BD avec une extrudeuse monovis ou bivis corotative, mais surdimensionnée, c'est-à-dire une extrudeuse de grand diamètre qui tourne à vitesse modérée, pour limiter l'échauffement dû à la dissipation visqueuse. Cette extrudeuse, qu'elle soit monovis ou bivis, doit être cependant plus longue que dans sa version standard, afin de créer les conditions d'un meilleur mélange et d'un meilleur refroidissement.
Mais dans 90 % des cas, l'extrusion de mousses BD se fait sur un système de deux extrudeuses monovis disposées en tandem, la première extrudeuse alimentant sous pression la seconde extrudeuse (figure 11-a).
L'extrusion se déroule donc en deux étapes.
La première étape consiste à
-
alimenter et fondre les granulés ;
-
élever la pression et la température de la masse fondue au-delà du seuil limite de solubilité Cs ;
-
injecter le gaz avant transfert dans la deuxième extrudeuse. Cette caractéristique conduit d'ailleurs à parler de procédé Direct Gasing.
La deuxième étape consiste à
-
convoyer la matière fondue vers la filière ; il est important de noter que c'est la première extrudeuse qui impose le débit à la seconde, la synchronisation s'opérant par ajustement de la vitesse de rotation de cette dernière ;
-
homogénéiser le mélange gaz-polymère pour obtenir une solution monophase ;
-
refroidir le mélange gaz-polymère pour créer les conditions de viscosité nécessaires au bon déroulement des mécanismes de nucléation, gonflement et stabilisation en sortie de filière. Il faut avoir à l'esprit que l'ordre de grandeur du refroidissement nécessaire se mesure en plusieurs dizaines de degrés ;...
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Procédés de mise en forme
BIBLIOGRAPHIE
-
(1) - ZHANG (H.) - Scale-Up of Extrusion Foaming Process for Manufacture of Polystyrene Foams Using Carbon Dioxide. - Graduate Department of Mechanical and Industrial Engineering, University of Toronto http://tspace.library.utoronto.ca
-
(2) - JULIEN (J.M.) - Développement de polymères et composites alvéolaires biosourcés à base de PLA (Poly Acide Lactique) - . Thèse de Doctorat 40548, Université de Lille 1, Sciences et Techniques. Jean Mario Julien http://hal.archives-ouvertes.fr
-
(3) - MEGALLY (A.), SALMANG (R.) - Process for producing thermoforming foam sheet using a physical blowing agent - . The Dow Chemical Company, Terneuzen, the Nederlands http://archivos.labcontrol.cl
-
(4) - WELSH (G.C.), and. al. - Process for producing thermoforming foam sheet using a physical blowing agent. - U.S. Patent 6, 544, 450, April 8, 2003.
-
(5) - FOGARTY (J.), FOGARTY (D.), RAUWENDAAL (Ch.) - Improved foam extrusion output rates through the use of unique flight channel geometry - http://www.turboscrews.com
- ...
DANS NOS BASES DOCUMENTAIRES
-
Polymères alvéolaires – Présentation et propriétés
-
Extrusion de feuilles – plaques
ANNEXES
Welsh, G.C., and. al., U.S. Patent 6, 544, 450, April 8, 2003 / Process for producing thermoforming foam sheet using a physical blowing agent. Brevet Dow (original).
CO2RE Foaming Technology. Brevet Styron
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Rauwendaal http://www.rauwendaal.com
Turbo-Screws http://www.turboscrews.com
Styron http://www.styron.com
Mucell http://www.mucellextrusion.com
Laboratoires DOW Benelux http://www.dow.com/benelux
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